Hal Değişimi (Faz Geçişi)

Maddeler tipik olarak üç halden birinde bulunur:katı, sıvı veya gaz. Bir fazdan diğerine geçiş, moleküllerin ne kadar düzenli ve sıkı tutulduğunu önemli ölçüde değiştirir. Moleküller, iç enerjileri her iki durumda olmalarına izin verdiğinde farklı fazlar arasında geçiş yaparlar.

Bu, daha yoğun haldeki moleküller arası kuvvetlerin gücü ve maddeye uygulanan basınç gibi faktörlere bağlıdır. Sıcaklık, iç enerjinin bir yansımasıdır, bu nedenle faz geçiş noktaları genellikle belirli bir basınçta sıcaklık açısından tanımlanır. Örneğin, su ve asetonu karşılaştırın.

Su güçlü hidrojen bağları sergilerken, aseton molekülleri zayıf dipol-dipol kuvvetleri gösterir. Daha güçlü çekim kuvvetleri nedeniyle suyu buhara dönüştürmek için daha fazla ısı gerekir. Bu, herhangi bir basınçta asetonun kaynama noktasının neden sudan daha düşük olduğunu açıklar.

Faz geçişleri molekül molekül gerçekleşir, bu nedenle fazlar geçiş sırasında bir arada bulunur. Yığın geçişi tamamlanıncaya kadar, ısı maddeye doğru veya maddeden dışarı aksa bile sıcaklık değişmez. Suya ısı verildiğinde de benzer bir gözlem yapılır.

Suyun sıcaklığı, iki fazın sıvı ve gaz bir arada bulunduğu kaynama noktasına ulaşana kadar yükselir. Ek ısıtma, sıvı suyun sıcaklığını kaynama noktasının ötesine yükseltmez;bunun yerine sadece daha hızlı kaynamaya neden olur. Bir maddenin bir molünün, sıcaklıkta bir değişiklik olmadan bu geçişi tamamen yapması için gereken enerjideki değişime, bu geçişin molar ısısı veya molar entalpisi denir.

Bir madde geçiş yapacak şekilde ısıyı emerse, geçiş entalpisi pozitiftir ve bu da onu endotermik bir süreç haline getirir. Maddenin ısı kaybettiği geçişler negatif entalpi değerlerine sahiptir ve bu da onları ekzotermik yapar. Bir madde kapalı bir sistemde bir geçiş noktasında tutulursa karşıt geçiş süreçleri dinamik bir denge durumuna ulaşacaktır.